[发明专利]一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法及系统

说明书

本发明涉及一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法及系统，方法包括：在区块生成过程中，基于第r‑b个区块中的抵押和第r‑c个区块中的种子，对第r个区块进行共识投票，r为区块号，c为跳跃步长c＝8,b＝k*c,k≥1；如果区块序号为σ的倍数，则基于第(n‑2)*σ个区块上的抵押和第(n‑1)*σ个区块上的种子，对第n*σ个区块进行额外的认证投票，其中σ＝32768，n≥2。新节点跨越式验证第n*σ个区块认证投票的正确性并快速同步第1至第n*σ个区块；对于序号大于n*σ的最新区块r，跳跃式验证第r个区块共识投票的正确性并快速同步第n*σ至第r个区块。本发明通过对区块生成跳跃式共识投票和跨越式认证投票，使得新加入系统的节点能够验证特定序号区块的有效性，从而实现区块链数据快速同步。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法及系统。

背景技术

区块链系统支持去中心化货币支付、智能合约、电子存证等物联网应用，使得系统数据越来越大。截止至2020年，比特币系统数据已超200G，以太坊系统数据已超1T。因此，如果新节点加入比特币/以太坊系统则需要读取并验证200G/1T的交易单数据。该过程使得新节点的加入非常缓慢。

由于比特币和以太坊使用工作量证明(Proof of Work,PoW)共识机制，验证区块头的合法性不需要依赖于区块头以外的数据，所以验证相对快捷。因此，新加入比特币和以太坊系统时，新节点可以从创世块开始同步区块头所形成的头链，然后本地构造权威哈希树链。当新节点同步到一定高度后，与检查点进行对比，则可以确定是否为权威链。但是，其缺点在于，由于POW共识机制具有易分叉特性，节点在构造权威哈希树链之前，需要区块已经达到足够的确认数(目前以太坊使用2048为确认数)。随后最新的2048个区块仍然需要逐步验证并同步数据。该同步过程仍然比较缓慢。

此外，基于权益证明(Proof of Stake,PoS)及其派生的拜占庭容错共识机制系统的出块率更高，系统数据量急剧增大，使得新节点加入系统难度急剧上升。当新节点需要同步到最新区块时，则需要验证该区块头是否合法。因此，新节点需要验证投票者的投票是否合法，而验证投票需要用到前一个区块提供的种子以及之前某个区块上的抵押stake。因此，新节点需要进一步验证前序区块的合法性。但是，由于抵押信息数据量较大，而不可能直接存到区块头中。此外，投票信息数据量也较大。因此，如果从创世块开始逐块验证区块头的合法性，将涉及到大量的数据同步、缓存和存储。这对新节点的带宽和内存等资源带来极大压力。例如，Algorand、Tendermint、HotStaff等拜占庭容错类共识算法出块率均在1分钟以内，所以该类系统不但有庞大的区块数据，而且需要验证区块头之前的抵押和抽签种子的合法性以完成目标区块头合法性的验证。因此，该类拜占庭容错共识机制中，新节点进行区块链数据同步非常困难。

针对拜占庭容错共识机制新节点数据同步缓慢问题，本发明提出一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法。在区块生成过程中，首先以跨越式和跳跃式对区块进行共识投票并存储到对应的区块中。随后，在区块链数据同步过程中，新节点首先以跨越式同步跨越步长为σ的区块，其中n≥2，σ为跨越步长，是一个较大的值且为c的倍数，例如σ＝32768。然后，对于剩下的区块，新节点以跳跃式同步跳跃步长为c的区块，其中c＝8为跳跃步长。因此，跨越式和跳跃式验证特定序号的区块，从而提高区块链同步速度而不需要逐步验证导致缓慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法及系统，通过跨越式和跳跃式验证特定序号的区块，从而提高区块链同步速度，避免逐步验证导致的缓慢。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种区块链跨越式和跳跃式快速同步方法，所述同步方法包括：

在区块链节点生成各自的公钥和私钥；